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时间进入2019年，400g成为了光通信行业的热门话题，全球领先的几大光模块厂商都推出了各自的400g光模块。当把这些厂商的400g光模块封装罗列出来后（如下图所示），我们发现除了被收购的finisar以外，其他厂商都采用了qsfp-dd封装——市场似乎已经认可了qsfp-dd作为400g光模块封装的首选。有个别厂商还额外推出了osfp封装和cfp8封装的400g光模块。
主流厂商的400g光模块封装一览
（小提示：qsfp-dd是qsfp-dd msa小组定义的一种高速可插拔模块的封装。）
为什么主流厂商都选择qsfp-dd封装呢？这是不是意味着未来的400g光模块将以qsfp-dd封装为主？为了弄清楚这些问题，我们先来看看qsfp-dd的发展史。
qsfp-dd封装的发展史
- 2016年3月21日，qsfp-dd msa小组开始计划开发qsfp-dd高速接口。
- 2016年9月19日，qsfp-dd msa小组发布了包含图纸的qsfp-dd硬件规格的初稿（1.0版本）。
- 2017年3月13日，qsfp-dd msa小组发布了qsfp-dd硬件规格的2.0版本和qsfp-dd白皮书。
- 2017年9月19日，qsfp-dd msa 小组发布了qsfp-dd硬件规格的3.0版本，并同期发布了cs连接器（一种用于qsfp-dd接口的新型连接器）的规格。
- 2018年3月13日，qsfp-dd msa小组发布了qsfp-dd热设计白皮书，解决了在高性能数据中心环境下如何评估qsfp-dd模块的热性能的问题。
- 2018年8月30日，qsfp-dd msa小组宣布qsfp-dd封装成功通过了设备互操作性的测试，这意味着qsfp-dd封装光模块至此可以正式投入使用了。
- 2018年9月18日，qsfp-dd msa小组发布了qsfp-dd硬件规格的4.0版本（最新版本）和8/16通道可插拔光模块通用管理接口规范的3.0版本。至此，qsfp-dd msa算是比较完善了，各大领先的光模块厂商的qsfp-dd光模块也在这一时期上市。例如，全球领先的光互连设计革新者推出了用于大规模数据中心从100g跨越到400g这个过渡时期的200g光互连pg电子直营网的解决方案——200g qsfp-dd sr8光模块和200g qsfp-dd系列有源光缆。
小结：从2016年初到2018年底，qsfp-dd的诞生到成熟历经了将近三年时间，这期间qsfp-dd msa小组的成员也从当初的13名推广发起者增加到现在的14名推广发起者（3家公司被收购，所以实际上只剩下11名）和52名贡献者。
这期间qsfp-dd msa小组推广发起者的变化也验证了一句老话：时势造英雄。
ii-vi收购老牌光模块厂商finisar（菲尼萨）；
broadcom（博通）收购brocade（博科）；
lumentum（朗美通）收购oclaro（奥兰若）；
cisco（思科）也完成了对luxtera的收购。
经过这么多收购案，最后我们再来看看剩下的大佬们有哪些。这里面有芯片提供商大佬broadcom（avago并购broadcom后使用broadcom作为品牌名），设备商大佬cisco和huawei，器件商大佬lumentum，也有知名光模块厂商foxconn interconnect technology，知名零配件商molex和te connectivity，等等，覆盖整个通信行业。为什么这么多大佬共同大力推广qsfp-dd封装呢？下面让我们来分析原因。
为什么采用qsfp-dd封装
一个好的封装首先必须支持网络行业广泛使用的传输媒介和光模块类型。 传输媒介包括无源直连铜缆（dac），多模光纤（mmf）和单模光纤（smf）。 光模块和有源铜缆或有源光缆则包括由以太网，光纤通道和infiniband标准定义的100gb/s，200gb/s和400gb/s系列。 其次，新封装的端口密度要与已经部署的网络一致。 最后，新封装与已经被广泛应用的qsfp封装的向后兼容性对于行业采用至关重要。而qsfp-dd就是一种满足以上所有条件的封装。
qsfp-dd，全名双密度四通道小型可插拔封装，是一种新型模块和笼式/连接器系统，类似于当前的qsfp，但有一排额外的触点，提供八通道电气接口。与常规qsfp28模块相比，qsfp-dd模块支持的高速电接口数量增加了一倍，所以qsfp-dd的全名中有个“双密度”。 qsfp-dd支持50gb/s的pam4电调制格式，与qsfp28模块相比，其端口速率提高了4倍。接下来让我们对qsfp-dd的特征逐一分析说明。
qsfp-dd模块和设备接口示意图
qsfp-dd的特征和好处
- 在qsfp（一种已经被广泛采用的四通道电气接口封装，包括qsfp 和qsfp28）的基础上进行了扩展。
- 采用2×1堆叠式集成笼和连接器。由于行业需求，除了单高笼式连接器系统外，大多数可插拔封装最终都会开发出一种双高堆叠笼式连接器系统。通常，单高笼式连接器系统包含在最初的msa规范中，而双高笼式连接器系统则留给独立供应商。为了更好地服务于该行业，qsfp-dd msa小组选择同时开发单高和双高笼式连接器系统。
- qsfp-dd采用smt（surface-mount technology）连接器和1xn保持架，笼式设计优化和模块外壳优化可实现每个模块至少12瓦的热容。qsfp-dd规范定义了高达14瓦的热容级别以及14瓦以上的热容级别。由于模块和保持架设计中采用了创新的热管理技术，qsfp-dd模块在典型系统设计中支持至少12瓦的热容，这受益于qsfp系列封装系统设计的丰富的知识和经验。更高的热容降低了模块对散热功能的要求，从而避免了不必要的成本。
- 采用8通道电气接口。qsfp-dd电气接口采用8个通道，每通道速率高达25gb/s（nrz调制）或50gb/s（pam4调制），提供高达200gb/s或400gb/s聚合的pg电子直营网的解决方案。qsfp-dd可在单个交换机插槽中实现高达14.4tb/s的聚合带宽。通过在端口密度不变的情况下将聚合交换机带宽增加四倍，qsfp-dd可以支持网络带宽需求和数据中心流量的持续增长。
在qsfp-dd出现之前，最流行的接口一般是单通道（sfp和sfp ）或四通道（qsfp 和qsfp28），为了适应对数据带宽或信道容量的预期需求，行业组织定义了八通道的接口。 但是当时支持八通道接口的可用封装不具备支持更高速率接口的下一代系统所需的期望特征或密度。于是，qsfp-dd msa小组在qsfp（qsfp 和qsfp28）的基础上扩展并定义了qsfp-dd。那么，qsfp-dd对比qsfp到底扩展了什么呢？
qsfp-dd vs. qsfp (qsfp /qsfp28)
- qsfp-dd的带宽最高可达qsfp 的十倍或qsfp28的四倍。qsfp有四条电气通道，每通道速率为10gb/s（qsfp ）或25gb/s（qsfp28），聚合提供40gb/s或100gb/s的pg电子直营网的解决方案。 而qsfp-dd可插拔封装的电气接口采用8个通道，每通道速率高达25gb/s（nrz调制）或50gb/s （pam4调制），聚合提供高达200gb/s或400gb/s的pg电子直营网的解决方案。
- qsfp-dd向后兼容qsfp /qsfp28。使用qsfp-dd模块设计的系统向后兼容，支持现有的qsfp /qsfp28模块，为终端用户和系统设计人员提供了灵活性。向后兼容性对于行业至关重要——由于asic设计用于支持多种接口速率，因此系统需要充分利用这一点。终端用户可以利用较新的asic和系统产品，降低端口成本，并能够插入各种当前可用的qsfp /qsfp28模块，以支持其所需的媒介和传输距离，而无需单独的系统产品。大大降低了部署新设备的风险的同时，系统设计人员还可以利用已知技术和设计构建支持多种可插拔变体的通用产品。模块设计人员无需将其低速率设计移植到新的非向后兼容封装中，从而降低了总体成本。向后兼容性在器件规模化部署的时候能大量节省成本，所以非常重要。
- qsfp-dd和qsfp /qsfp28系统端口密度相同。 但是，由于每个qsfp-dd端口可以容纳8个通道而不是4个通道，因此qsfp-dd将其支持的现有接口（如caui-4）的asic端口数量增加了一倍。
- 主板上qsfp-dd的机械接口比qsfp /qsfp28稍微深一些，用来容纳额外的一排触点。qsfp-dd高度和宽度与qsfp尺寸相同，使系统设计人员能够为基于qsfp /qsfp28或qsfp-dd的设计实现相同的系统端口计数密度。任何当前的qsfp 或qsfp28模块都可以插入qsfp-dd端口。
小结：qsfp-dd对比qsfp /qsfp28仅仅是长度增加了少许就在保证端口密度不变的情况下将带宽提高到后者的10倍/4倍，而且还向后兼容，这意味着客户跳过qsfp直接部署qsfp-dd系统都没有关系，减少了大量的设备成本。
在文章的最开始，我们提到过有个别厂商还推出了osfp封装和cfp8封装的400g光模块，那么我们再来对比一下qsfp-dd和osfp，以及qsfp-dd和cfp8，看看它们有什么不同。
qsfp-dd vs. osfp vs. cfp8
qsfp-dd vs. osfp
首先，让我们来先了解一下osfp。就在前不久（2019年1月16日）osfp msa发布了2.0版本，根据它的描述，osfp是一种新的可插拔封装，具有8个高速电气通道，最初将支持400gb/s（8x50g）。osfp比qsfp宽一些和长一些，但仍然支持每1u前面板36个osfp端口，每1u可实现14.4tb/s容量。
小提示：在最新发布的osfp msa中，osfp已经支持800gb/s了，这可能是osfp存在的理由。
- 尺寸。根据前面的介绍，osfp似乎跟qsfp-dd区别不大，仅仅是比qsfp-dd“宽一些和长一些”而已。然而，当对比了它们具体的尺寸数值之后，我发现这个差别并不只是一点点。qsfp-dd的宽度、长度和厚度为18.35mm*89.4mm*8.5mm，而osfp的宽度、长度和厚度为22.58mm*107.8mm*13.0mm，粗略的把模块当作长方体来计算，osfp的体积是qsfp-dd的体积的两倍多，显然前者大的多。
- 热容（thermal capacity）和功耗。qsfp-dd尺寸较小，所以它的热容只有7到12瓦；而osfp尺寸较大，所以它的热容可以达到12至15瓦。热容越大，表示光模块能承受的功耗越大。但是随着技术的进步，一些行业领先的制造商已经可以将光模块的功耗降低到远低于msa规定的封装热容上限，所以较大的热容在未来似乎算不上什么优势。和热容一致，osfp的功耗普遍高于qsfp-dd，而众所周知，功耗是越低越好的。（作为全球领先的光互连设计革新者，gigalight一直把低功耗作为光模块的首要目标之一，其100g qsfp28 sr4光模块经过设计方面的优化之后的功耗已经降低到2.5瓦以下，比同行的3.5瓦低了将近30%，其200g/400g光模块在行业内也有低功耗优势。）
- 向后兼容。osfp和qsfp-dd一样向后兼容qsfp /qsfp28，但是需要额外使用一个osfp到qsfp的转接适配器来实现。
- 带宽。qsfp-dd目前只能支持最高400gb/s，但是osfp可以支持最高到800gb/s。考虑到可扩展性，不得不承认，osfp略胜一筹。但是800gb/s为时尚早，等到800gb/s开始部署时，或许已经有更好的选择也说不定。
小结：qsfp-dd主要是应用当前即将大规模部署的400g网络（以及100g到400g过度用的200g），而osfp则更可能是为未来的800g网络而准备的。所以，结合现状，qsfp-dd作为400g光模块的封装更合适。
qsfp-dd vs. cfp8
cfp系列从cfp开始，到cfp2，再到cfp4，最后终于到了cfp8，也算是历史悠久的一个封装系列了。和qsfp系列封装相比，cfp系列封装似乎一直都不怎么受欢迎，其原因很明显——尺寸太大且功耗太高。推广cfp msa发展的头两家公司（finisar和oclaro）也相继被收购，我似乎感受到了cfp的穷途末路。。。先来了解一下cfp8。关于cfp8封装规格的说明，由cfp msa在2017年3月17日正式发布，和qsfp-dd msa的2.0版本在同一时期。对比两者，我们似乎早就该预见cfp8的没落了。
- 尺寸。cfp8的尺寸（41.5mm*107.5mm*9.5mm）比qsfp-dd明显大的多，体积是qsfp-dd的3倍多，甚至比osfp还要大30%以上。当然，cfp系列的光模块一直都定位用于电信级的应用，其端口密度的要求并没有数据中心那么高，所以尺寸大也说的过去。但是随着技术的进步，qsfp系列的光模块也开始胜任电信级的应用，而且相比cfp系列光模块，qsfp系列光模块的功耗要低的多，于是cfp系列光模块在电信级应用的的主导地位岌岌可危。
- 热容和功耗。cfp8的热容和功耗远高于qsfp-dd。关于热容和功耗的介绍，在前面的qsfp-dd vs. osfp已经介绍过，道理是一样的。
- 向后兼容。关于cfp8的硬件规格说明里完全没有提到向后兼容（事实上，整个cfp系列似乎都不能向后兼容）。针对cfp和cfp2系列光模块，市面上很早就已经可以提供cfp到qsfp28的转接适配器和cfp2到qsfp28的转接适配器了，这也说明部分曾经的cfp系列的用户现在已经在改用qsfp28光模块了。
- 带宽。cfp8和qsfp-dd最大的带宽都是400gb/s，但是cfp8只支持400gb/s（16x25g或8x50g），而qsfp-dd同时支持200gb/s（8x25g）和400gb/s（8x50g）。
小结：无论从哪个方面看，qsfp-dd似乎都是比cfp8更好的选择。
总结
通过分析qsfp-dd封装的特征并将其与其他400g光模块封装对比，我们发现qsfp-dd在400g应用（例如数据中心互连）具有无可比拟的优势。预计在全球领先的超大规模数据中心即将部署400g的2019年，qsfp-dd或将成为400g光模块的主流封装。